Boas notícias, com a versão 1.3.15 link
temos as diretivas "limit_req_status" e "limit_conn_status". Eu acabei de testá-los no Gentoo Linux (note que você precisa ter os módulos limit_req e limit_con compilados).
Com essas configurações, acho que você pode conseguir o que pediu:
limit_req_status 429;
limit_conn_status 429;
Eu verifiquei isso rapidamente:
ab2 -n 100000 -c 55 "http://127.0.0.1/api/v1
Em que a maioria das solicitações falhou após a ativação da diretiva devido à alta taxa de solicitações e o limite configurado em nginx:
limit_req zone=api burst=15 nodelay;